[发明专利]一种弹性集流体及其制备方法、电池电极极片和柔性锂离子电池

说明书

本发明提供了一种弹性集流体，包括弹性聚合物衬底以及设置于所述弹性聚合物衬底上的导电层，所述导电层具有褶皱结构，所述导电层的材料包括金属和/或碳材料，该弹性集流体具有高柔韧性与高循环稳定性，将该弹性集流体用于锂离子电池电极片的制备，能够有效避免因极片机械形变和活性物质内部膨胀造成的极片“掉粉”现象。本发明还提供了该弹性集流体的制备方法和采用该弹性集流体的电池电极极片和柔性锂离子电池。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种弹性集流体及其制备方法、电池电极极片和柔性锂离子电池。

背景技术

随着柔性电子技术的发展，各种柔性电子产品已逐渐走进人们的生活，而开发与这些柔性电子产品相匹配的柔性能量存储设备也成为目前业界的研发热点。

在现有柔性锂离子电池研发中，实现极片的高柔韧性与机械性能，保证其在各种机械形变状态下都能正常工作，而不造成性能的大量损失是一技术难题。现有柔性锂离子电池体系中，柔性电极大多通过在具有一定柔韧性的金属集流体上进行活性物质膜层涂覆而构成，但这样的结构不能保证活性物质膜层与金属集流体间较好的结合性。为提高金属集流体与活性物质膜层界面的结合强度，业界有通过提高金属集流体表面粗糙度来改善，但集流体的高度柔韧性仍无法实现，当电池体系处于弯曲等状态下的特殊场景应用时，极片极易出现弯折区域活性物质膜层从集流体上脱落的现象。因此，要从根本上实现柔性电极的构筑，就对电荷集流体提出了更高的要求。

发明内容

鉴于此，本发明第一方面提供了一种弹性集流体，其具有高柔韧性与高循环稳定性，将该弹性集流体用于锂离子电池电极片的制备，能够有效避免因极片机械形变和活性物质内部膨胀造成的极片“掉粉”现象。

具体地，第一方面，本发明提供了一种弹性集流体，包括弹性聚合物衬底以及设置于所述弹性聚合物衬底上的导电层，所述导电层具有褶皱结构，所述导电层的材料包括金属和/或碳材料。

其中，所述褶皱结构为所述导电层相对所述弹性聚合物衬底发生弯曲变形而形成的连续结构，所述褶皱结构包括呈规则排列的弧形、蛇形、Y形、锯齿形结构或无规则结构。

所述弹性聚合物衬底由弹性模量为15000N/cm²-350000N/cm²，抗张强度为1500N/cm²-7000N/cm²，伸长率为20％-800％，熔点200℃的聚合物制备而成。

本发明中，构成所述弹性聚合物衬底的聚合物选自如下物质中的一种或多种：

(a)具有烯烃基础结构的聚合物；

(b)具有脂环式结构的聚合物，且所述聚合物的主链具有环状烯烃结构单元或稠环结构单元；

(c)具有乙烯醇结构单元作为主成分的饱和乙烯醇(共)聚合物；

(d)环氧当量为500g/eq以下的苯氧基树脂或环氧树脂。

其中，所述具有烯烃基础结构的聚合物包括烯烃共聚物、烯烃嵌段共聚物、烯烃无规共聚物及其混合物。更具体地，所述具有烯烃基础结构的聚合物包括烯烃嵌段共聚物、烯烃无规共聚物、乙烯共聚物、丙烯共聚物、乙烯基烯烃嵌段共聚物、丙烯基烯烃嵌段共聚物、乙烯基烯烃无规共聚物、丙烯基烯烃无规共聚物、乙烯-丙烯无规共聚物、乙烯-丁烯烯烃嵌段共聚物、乙烯α-烯烃共聚物、乙烯α-烯烃无规共聚物、乙烯α-烯烃嵌段共聚物及其混合物。

所述环氧树脂包括胺当量为120g/eq以下的胺固化环氧树脂，其中，环氧树脂与胺的配合比以胺的活性氢数相对于环氧树脂的官能团数的比计为1.0以上。

所述弹性聚合物衬底的密度为1.2g/cm³-3g/cm³，厚度为10μm-150μm。